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調水調沙

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調水調沙(Flow and Sediment Regulation)

目錄

  • 1 什麼是調水調沙[1]
  • 2 調水調沙的由來[2]
  • 3 調水調沙的客觀需要與基本原理[3]
  • 4 調水調沙的情況與效果[4]
  • 5 參考文獻

什麼是調水調沙[1]

  調水調沙是指利用工程設施和調度手段,通過水流的衝擊,將水庫的泥沙和河床的淤沙適時送入大海,減少庫區和河床的淤積,增大主槽和河道的行洪能力。

調水調沙的由來[2]

  20世紀70年代後期,隨著治黃實踐的不斷深入,“上攔下排”的治黃方針暴露出一定的局限性,治黃專家認識到黃河“水少沙多、水沙不平衡”對黃河下游河道淤積的重要影響。首任黃河水利委員會主任、著名水利專家王化雲和他的同事們,在此基礎上比較系統地提出了“調水調沙”的治黃思想。其具體設想就是在黃河上修建一系列大型水庫,實行統一調度,對水沙進行有效地控制和調節,變水沙不平衡為水沙相適應,更好地排洪、排沙入海,減輕下游河道的淤積,甚至達到不淤。

  隨著1997年小浪底工程的截流蓄水,治黃專家進行了大量的物理模型試驗,找到了理論上的實現黃河下游不淤積的臨界流量和臨界時間。2001年小浪底工程全面竣工,次年便進行首次“調水調沙”試驗,從而使“通過原型試驗,進行調水調沙試驗”的設想最終變為現實。

  調水調沙的基本原則是根據黃河下游河道的輸沙能力,利用水庫的調節庫容,有計劃地控制水庫的蓄、泄水時間和數量,調整天然水沙過程,使不平衡的水沙過程儘可能協調。

調水調沙的客觀需要與基本原理[3]

  黃河的癥結是水少沙多、水沙關係不協調, 根本解決措施是增水、減沙與調水調沙。節約用水和外流域調水是實現增水的兩種途徑.黃河灌區有一定的節水潛力, 但節水量遠不能滿足用水需求, 且節水目標的實現需要一個漫長的過程. 外流域調水, 主要指南水北調工程, 南水北調中線和東線工程沒有設計向黃河補水的目標, 西線工程建成生效需要較長的時間周期, 且增水量也僅一部分用於緩解黃河水沙關係不協調問題。

  黃土高原水土流失綜合治理、利用骨幹工程攔減進入下游河道的泥沙和小北幹流灘區放淤是減沙的主要途徑。三種途徑在一定程度上能夠減少進入下游的泥沙量, 但不能扭轉黃河多泥沙特性。

  可以預見, 在今後相當長時期內, 黃河作為一條多泥沙河流的基本狀況不會改變, 下游灘區行(滯)洪沉沙與灘區群眾生產生活的矛盾仍會十分突出. 因此,迫切需要塑造並維持4000m3 / s 的下游行洪輸沙河槽,構建黃河下游灘區人水和諧的社會環境。

  調水調沙是在充分利用河道輸沙能力的前提下,利用水庫可調節庫容, 對天然來水來沙進行合理調節控制, 適時蓄存或泄放水沙, 將自然狀態下不協調的水沙關係塑造為協調的水沙關係, 實現減輕和沖刷下游河槽淤積的目的。通過研究表明, 黃河下游河道具有泥沙“多來、多排、多淤, 少來、少排、少淤”的輸沙特點.通過對1960~1999 年進入黃河下游河道的422 場實測洪水資料分析,歸納出下游河道不淤積的水沙關係為:S = 0.0308QP1.5514,其中Q≤3000m3/s 或Q>3000m3/s 且下游河道不漫灘;S: 花園口站含沙量, 單位kg / m3; Q: 花園口站流量,單位m3/s; P: 細沙占全沙比例, 範圍20%~92%。

調水調沙的情況與效果[4]

  2002年以來,以小浪底水庫為主,黃河水利委員會組織開展了13次黃河調水調沙,取得了重要的成果 。

  (1)黃河下游河道全線被沖刷,尤其是高村以下河段沖刷明顯 黃河13次調水調沙累計進入下游總水量為509.12億m3,總沙量為4.12億t,人海總沙量7.62億t,下游河道共沖刷泥沙3.90億t.其中高村一艾山和艾山一利津河段沖刷1.33億t和0.979億t,分別占水庫運用以來相應河段沖刷總量的45% 和34% ,調水調沙期間上述兩河段的沖刷效率(河道沖刷量和所需水量的比值)分別是其它時期的3.8倍和2.4倍。

  (2)黃河下游行洪輸沙能力普遍提高,河槽形態得到調整.通過小浪底水庫攔沙和調水調沙運用,黃河下游主槽沖刷降低了2.03m,河道最小平灘流量由2002年汛前的1 800 m3/s恢復到2011年的4100m3/s,卡口河道斷面形態得到有利調整,洪水時灘槽分流比得到初步改善,二級懸河形勢開始緩解,下游灘區小水大漫灘狀況初步得到遏制。

  (3)人工塑造異重流加大了水庫排沙比,優化了庫區淤積形態。2004年以來提出了利用萬家寨、三門峽水庫蓄水和河道來水,沖刷小浪底水庫淤積三角洲形成人工異重流的技術方案,在小浪底庫區塑造出了人工異重流併排沙出庫.通過對影響人工異重流排沙因素的分析研究,不斷優化人工塑造異重流的各項技術指標,2010年及2011年汛前調水調沙水庫異重流排沙比分別達到137% 和145% 。小浪底水庫蓄水運用初期,由於水庫壅水,庫尾出現了明顯的翹尾巴現象,侵占了部分有效庫容.調水調沙期間,根據來水來沙條件,相機降低小浪底庫水位,利用三門峽水庫泄放的持續大流量過程沖刷小浪底庫區尾部段,實現了庫區淤積形態的優化調整,恢復了小浪底的調節庫容。

  (4)改善了河口生態,增加了濕地面積。2008年向河口三角洲濕地自然保護區補水1356萬m

3,核心區水面面積增加223hm2;2009年向河口三角洲濕地自然保護區補水1 508萬m3,核心區水面面積增加3 480hm2 ;2010年實現了刁口河流路全線過水,向現行流路南岸濕地補水2 041萬m3,濕地水面面積增加3 247 hm2;2011年向現行流路南岸濕地補水2 248.1萬m3,濕地水面面積增加2 367hm2,刁口河流路再次實現全線過水。

參考文獻

  1. ↑ 小浪底調水調沙減輕地上懸河威脅.新浪網
  2. ↑ 科報視點:黃河是怎樣調水調沙的.中國網
  3. ↑ 李國英,盛連喜.黃河調水調沙的模式及其效果[J].中國科學: 技術科學,2011(6)
  4. ↑ 萬占偉,羅秋實,郭選英.黃河調水調沙有關問題的探討[J].華北水利水電學院學報,2012(3)